Del concepto a la producción: un enfoque en 5 pasos para el desarrollo de proyectos de Industria 4.0

Frost & Sullivan

La consultora Frost & Sullivan en colaboración con Bosch Software Innovations acaba de publicar recientemente un «white paper» titulado «From concept to production: a 5-step approach towards successful Industry 4.0 projects» que por su interés vamos a comentar en esta entrada.

Industria 4.0 e IoT

Este informe emplea como sinónimos los conceptos «Industria 4.0» e «Internet de las cosas» (IoT) para describir los siguientes fenómenos:

Objetos industriales que están conectados, virtualizados e imbuidos de la capacidad de medir datos y dotados de entidad física y virtual.
La conectividad de tales objetos de modo que puedan monitorizarse e interactuar entre sí, con capacidad para generar insights a partir de aquellos datos e incorporarlos a la mejora de productos, procesos y modelos de negocio.

Con la Industria 4.0 -o internet industrial de las cosas- los sensores y los datos ya no quedan confinados en centros de producción aislados sino que múltiples partes de una factoría y diversas plantas comparten entre sí datos para optimizar los susodichos productos, procesos y modelos de negocio.

Un aspecto clave del «cómo» o procedimiento para la implantación ágil de la industria 4.0 que destaca este documento es la Prueba del concepto (Proof of Concept, POC).

La industria 4.0 en el mercado Asia-Pacífico

Uno de los datos más significativos de este «white paper» es que estima un crecimiento por cinco de la industria 4.0 en el mercado de Asia-Pacífico (desde los 3,21 billones de dólares en 2015 a los 15,48 billones en 2020), especialmente en China (con una cuota de mercado del 49%) gracias a su plan «Made in China 2025».

Mercado Asia Pacífico

En este mercado pueden diferenciarse países con procesos y estructuras de manufactura maduros (como es el caso de China, Japón, Corea del Sur, Taiwan o Singapur) y que aquellos otros de carácter emergente (como India, Tailandia, Vietnam, Malasia o Indonesia).

Un 96% de las compañías en estos países manifiestan que están ligeramente familiarizadas con el concepto de industria 4.0 y solo un 6% afirman estarlo de manera profunda, cosa que indica la necesidad de una mayor concienciación sobre la funcionalidad y valor que ofrece la industria 4.0.

En concreto, un 12% afirma que ha implementado una solución 4.0, otro 12% está planificando llevar a cabo un POC en los próximos 12 meses, un 64% manifiesta que está analizando la tecnología habilitadora que podría utilizar, y un 12% carece de plan alguno. Estos datos indican que en este mercado -como también en muchas compañías en España- la actitud predominante es la estrategia de «esperar y ver» lo que pasa con la industria 4.0.

De manera particular, el informe analiza las diferencias entres dos países de este mercado (China e India). Mientras que en China el 100% de las compañías consultadas indican que los proyectos POC son muy importantes, en India solo lo consideran el 29%. Este dato marca la diferencia entre un país maduro como China y otro emergente (India) a la hora de implantar la industria 4.0.

Preguntados por las cuestiones que la industria 4.0 ayudará a resolver y los grandes desafíos de la misma, los datos comparativos relativos a ambas preguntas se resumen en las siguientes gráficas, también reveladoras del diferente grado de madurez a este nivel de ambos países.

Cuestiones que ayudará a resolver la industria 4.0

Retos de la industria 4.0

Más allá de estos dos países, los desafíos fundamentales que encaran las compañías manufactureras de cara a la aplicación del concepto de industria 4.0 pueden resumirse en los siguientes: necesidad de customización y personalización de los productos, mejora de la toma de decisiones en tiempo real, reducción de costes y necesidad de co-crear y compartir conocimiento.

El camino hacia la industria 4.0

La tecnología de la Industria 4.0 conecta máquinas y sensores a través de plataformas que recopilan datos a través de una o más fuentes, al punto de ser posibles decisiones autónomas sin intervención humana alguna. Mediante el análisis de un conjunto de datos combinados, el sistema permite la toma de decisiones en tiempo real, así como la posibilidad de predecir problemas antes de que estos ocurran.

El camino hacia la industria 4.0, desde el estadio actual (máquinas conectadas o no con sensores) al ideal (plantas globalmente conectadas), puede resumirse en esta gráfica.

Camino hacia la Industria 4.0

A tal fin resulta clave especificar tanto los objetivos de negocio claves (mayor trasparencia para una mejor toma de decisiones y nuevos modelos de negocio) como los objetivos operativos claves (mejora de la eficiencia, localización de errores, y mantenimiento predictivo).

Una vez definidos estos objetivos, y para reducir los riesgos de la implantación de la industria 4.0, el informe propone el modelo de la «Prueba del concepto» (Proof of Concept, POC) a modo de experiencias de aprendizaje que tienen como objeto aprender sobre las posibilidades y límites de las tecnologías habilitadoras de la industria 4.0, antes de una completa implementación de las mismas en determinados verticales.

Comenzar un proyecto POC de industria 4.0 no significa una disrupción inmediata en las operaciones y procesos de una compañía o una retirada masiva de maquinaria. El proyecto POC no altera el flujo de la cadena de valor sino que se limita a capturar datos para identificar aquellas áreas que pueden ser objeto de una mayor eficiencia. Este enfoque pone de manifiesto: a) el potencial de la tecnología de la industria 4.o para optimizar y mejorar las operaciones en un entorno productivo seguro; b) el impacto de la industria 4.0 a nivel de procesos; y c) la viabilidad del proyecto de industria 4.0 y su escalabilidad.

Los principales resultados de un proyecto POC pueden organizarse en tres pasos sucesivos:

Optimización de las operaciones mediante el análisis del histórico de datos (información anterior, benchmarking de datos procedentes de máquinas similares, etc.).
Información en tiempo real mediante monitorización remota (situación actual mediante la instalación de sensores en las máquinas y la conexión de los equipos, datos consolidados procedentes de sitios remotos, identificación inmediata de problemas, generación de alertas y rectificaciones urgentes…).
Mantenimiento predictivo (predicciones futuras, identificación con antelación de posibles áreas de problemas, creación de un plan de mantenimiento proactivo, etc.).

Un enfoque en 5 pasos para la implantación exitosa de proyectos de industria 4.0

De manera sintética el informe propone 5 pasos para implementar proyectos POC que muestren las posibilidades de la industria 4.0 y demuestren sus beneficios asumiendo un bajo riesgo e inversiones manejables. Estos pasos son los siguientes:

1. Objetivos de negocio:

La mayoría de los proyectos en el campo de la Industria 4.0 surgen como consecuencia de que los directores de operaciones tratan de resolver o mejorar algún proceso real y concreto en sus plantas.
Por lo tanto, el primer paso consiste en identificar y comprender las cuestiones de operativa a las que se enfrentan a diario. ¿Qué operaciones han de enfocarse desde una perspectiva 4.0? ¿Existen objetivos de negocio o demandas de los clientes que requieren medidas 4.0? Para responder a estas preguntas se necesitan métricas que permitan la toma de decisiones basada, no en la experiencia, sino en los datos.

Algunos de los desafíos que han de afrontarse en esta fase son los siguientes:

Abordar la necesidad de una mayor calidad y eficiencia.
Reducción de costes (derivados de la mala calidad, de un empleo ineficaz de la energía o de las operaciones)
Entrega de soluciones a los clientes a través de un nuevo modelo de trabajo y organización.

2. Prototipo

El siguiente paso consiste en la formulación de un plan para ejecutar un proyecto POC a modo de ensayo o prototipo y con bajo presupuesto. Durante el prototipo, se realiza un análisis que tiene como objetivo lograr la optimización a través de mejoras en los procesos.

Para que un proyecto POC en su fase de prototipo sea exitoso, resulta crucial la creación de un ecosistema que permita el procesamiento y análisis de los datos gracias a la conexión de los sensores a una plataforma cloud, cosa que permite ganar velocidad a un coste mínimo.

Ecosistema del prototipo

3. Validación

Una vez que el proyecto POC funciona correctamente, los resultados del ensayo pueden ser cuantificados y validados. Los datos recogidos por los sensores de los dispositivos piloto pueden identificar áreas de ineficiencia o factores que pueden dar lugar a defectos. Los project managers pueden utilizar esta información para mejorar los procesos, mejorar la calidad y la eficiencia, y reducir costes.

A partir de una línea base definida en la fase de objetivos de negocio se puede llevar a cabo un análisis exhaustivo de la nueva situación y realizar procesos de benchmark. Algunas métricas que se pueden emplear son las siguientes: unidades defectuosas, identificación de la fuente de defectos, proporción de unidades defectuosas, tasa de defectos, coste de la energía, coste de mano de obra, volumen de producción, mano de obra requerida, productividad, identificación de la fuente de retardo, etc.

4. Replicación

Tras verificar los datos y validar su eficacia, el POC puede considerarse exitoso una vez cumplidos los objetivos del proyecto. Comprobado que el sistema funciona para el conjunto piloto de sensores y dispositivos, el siguiente paso consiste en extender la configuración a más máquinas y líneas.

5. Roll-out global

Este último paso tiene como objetivo obtener una mayor eficiencia y visibilidad mediante la expansión de los sistemas conectados de la industria 4.0 más allá de la planta en un ecosistema más amplio.

Conclusiones

Hacia una fabricación flexible. La «personalización y customización» son una megatendencia social emergente por la cual los consumidores actuales y del futuro ponen un énfasis creciente en los productos personalizados.
Esto significa que la flexibilidad de la fabricación será un factor clave en el futuro, con líneas de producción lo suficientemente flexibles como para producir una unidad a medida gracias a las tecnologías habilitadoras de la industria 4.0.

Un riesgo equilibrado. El enfoque POC (Proof of Concept) es un primer paso crucial a la hora de desarrollar con éxito y agilidad proyectos de Industria 4.0 capaces de evaluar el impacto y beneficio de las tecnologías habilitadoras de la industria 4.0.
El aumento de la competitividad está obligando a las empresas a adaptarse continuamente a fin de reaccionar a las amenazas competitivas y las nuevas oportunidades de mercado. Sin embargo, el cambio por lo general también conlleva riesgos. Con el fin de mejorar la gestión de estos riesgos, las empresas tienen que implementar el cambio hacia la industria 4.0 adoptando un nivel de riesgo responsable.
De ahí que pequeños pero veloces proyectos POC permitan una evaluación rápida de las tecnologías 4.0, con un impacto mínimo en las operaciones. Además de ahorrar tiempo y dinero en la ejecución de un proyecto completo antes de estar listo y validado, las lecciones aprendidas durante el ensayo del POC dan feedback para una mejor gestión del proyecto, así como posibilitan la innovación en áreas o procesos similares.

Momento ideal para iniciar un proyecto POC. Los sistemas de industria 4.0 funcionan de forma diferente en cada entorno individual, pero tienen un gran número de beneficios contrastados. Las compañías pueden ya utilizar sensores de bajo coste y protocolos de telecomunicaciones para conectarse a plataformas cloud de industria 4.0 a un coste mucho más bajo que antes. La convergencia de la tecnología, con claros ejemplos de beneficios a nivel de operaciones, deja claro que es hora de tomar decisiones, y rápido. Algunos no quisieron cuando pudieron, y finalmente no podrán cuando quieran.